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    安科瑞Acrel-7000企业能源管控平台助力某工厂节能降耗项目应用

    时间:2022-04-02 点击次数:39

    摘 要:为了稳步推进双碳目标,在能源消费强度和消费总量的“双控"背景下,企业需要考虑如何应对能耗双控以保障正常生产。现有大部分企业依然采用电、水、气、冷、热等各种能源供应系统“单独规划、单独设计、独立运行"的模式。普遍存在计量检测到配备不足;计量设备计量精度不高、计量数据不准确;人工抄表可靠性低;难以有效监测和评估主要耗能设备的用能效率;缺少决策数据支持,对于节能评估无法提供可靠参考数据;缺乏有效的企业能效评估指标体系,能耗管理措施难以落地等情况。本文介绍的企业能源管控平台,采用自动化、信息化技术,实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动化、高效化、科学化管理,使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来,运用先进的数据处理与分析技术,进行离线生产分析与管理,实现全厂能源系统的统一调度,优化能源介质平衡、最大限度地高效利用能源,提高能源质量、降低能源消耗,达到节能降耗和提升整体能源管理水平的目的。

    关键词:双碳;双控;企业能源管控;节能降耗

    1 概述

    某工厂生产过程中会消耗大量的纯水和电,这两部分的费用占总生产成本的比例很高。为了更深入地掌握目前该企业能源规划落地的实际情况,保证该企业能效指标和节能目标的贯彻执行,展示绿色低碳成就,需要借助信息技术工具,搭建企业能源管理平台,持续推进节能减排、实现用能的精细化管理。

    据统计,该工厂每月耗电量在1亿千瓦时以上,年耗电量超过10亿千瓦时。部署Acrel-7000企业能源管控平台后,按系统给出的节能建议进行生产工艺调整后,产品单耗有明显下降。

    2 项目需求

    项目监测区域涵盖化一车间、化二车间、腐蚀车间、纯水车间、预处理车间、高温纯水车间等主要车间以及其他剩余各车间。监测的能源种类包括电和水,总计需要接入新增的332块电表、新增的140块水表、若干原有水表以及若干原有的智能设备。

    系统需求主要包括:

    ● 用能统计

    从区域、车间、生产工艺、工序、工段、设备等维度,采用曲线、饼图、直方图、累积图、数字表等方式对企业分类/分项用能情况进行统计,并进行趋势和同环比分析;

    ● 能耗预测

    通过对厂区、车间的能耗使用情况进行分析,构建能耗计算模型,进行训练,调整并优化模型,采用预测算法对企业未来能耗趋势进行,为节能提供有效的决策依据;

    ● 产品单耗

    计算生产单位产品所需要的电单耗,水单耗,结合车速,计算哪种车速效益最高;

    ● 容需量统计

    提供容需量统计,实时展示容量需量价格的变化情况,为降低电费提供依据;

    ● 产量统计

    提供产量统计,支持手动录入及与MES对接获取产量数据;

    ● 电能质量监测

    对电网中的谐波进行实时监测,并以矢量图的形式展示三相不平衡度,支持历史数据的查询;

    ● 自定义报表

    通过自定义报表格式和计算公式,灵活生成各种定制化报表,包括容需量报表、万元产值报表、电费分摊报表等;

    ● 异常报警

    对目标事件快速定位,通过手机短信、APP、钉钉等方式及时通知相关人员,快速定位能耗异常区域;

    ● 数据转发

    实现能源管理系统和MES系统的数据互通,打破信息孤岛;

    ● 能源驾驶舱

    定制大屏页面及首页,以工厂车间为单位划分进行数据统计,与现有的第三方系统在指挥中心统一集中展示。

    3 系统结构

    现场采用多回路计量仪表和远传水表,对用电回路和用水支路进行采集,通过RS485接口与电力物联网边缘计算网关进行通讯,实现全电力参数和流量等数据的监测、预警与存储,再由电力物联网边缘计算网关,通过以太网将数据上传至搭建在数据中心的能源管控平台上。

    平台采用分层分布式结构进行设计,详细拓扑结构如下:

    1.png


    系统可分为三层:即现场设备层、网络通讯层和平台管理层。

    现场设备层:10KV/380V部分的计量仪表和远传水表,通讯协议为标准modbus-rtu,用于采集用电回路全电力参数和用水支路流量的各类仪表,也是构建该配电、耗水系统必要的基本组成元素。

    网络通讯层:包含电力物联网边缘计算网关、网络交换机等设备。电力物联网边缘计算网关接收现场设备层采集的数据,并可进行规约转换、数据存储,通过网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。电力物联网边缘计算网关可在网络故障时将数据存储在本地,待网络恢复时从中断的位置继续上传数据,保证服务器端数据不丢失。

    平台管理层:包含应用服务器和数据服务器,应用服务器部署数据采集服务、WEB网站,数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。

    4 企业指标

    4.1 电力指标

    能源品种

    参数描述

    单位符号

    单位描述

    电力

    三相电压

    V

    伏特

    三相电流

    A

    安培

    三相有功功率

    kW

    千瓦

    总瞬时有功功率

    kW

    千瓦

    总功率因数



    实时/最大需量

    kW

    千瓦

    正相有功总电能

    kWh

    千瓦时

    反相有功总电能

    kWh

    千瓦时

    电流/电压总谐波含量

    %

    百分比

    电流/线电压/相电压不平衡度

    %

    百分比

    复费率电能

    kWh

    千瓦时


    4.2 水指标

    能源品种

    参数描述

    单位符号

    单位描述

    瞬时流量

    t/h

    吨/小时

    累计流量

    t

    4.3 用能单元指标

    适用范围

    分类

    具体指标

    单位

    全厂

    能源总量指标

    外购量

    按能源品种确定

    消费量

    按能源品种确定

    期初库存

    按能源品种确定

    期末库存

    按能源品种确定

    综合能源消费量

    吨标准煤

    能效指标

    单位产品综合能耗

    吨标准煤/产品

    万元产总产值

    产值单位

    万元产总产值目标值

    产值单位

    成本指标

    能源总成本

    万元

    能源成本

    万元/能源品种单位

    能源单价

    元/能源品种单位

    产品单价

    元/产品单位

    产品成本

    万元

    产品总成本

    万元

    其他指标

    产品产量

    按产品确定

    工业总产值

    万元

    工业增加值

    万元

    碳排放量

    车间

    能源总量指标

    消费量

    按能源品种确定

    综合能源消费量

    吨标准煤

    能效指标

    单位产品综合能耗

    吨标准煤/产品

    单位产品电耗


    单位产品水耗


    成本指标

    能源总成本

    万元

    能源成本

    万元/能源品种单位

    能源单价

    元/能源品种单位

    产品单价

    元/产品单位

    产品成本

    万元

    产品总成本

    万元

    其他指标

    产品产量

    按产品确定


    5 系统功能

    5.1 首页

    首页展示企业的能耗情况、碳排放及折标煤趋势、主要车间用水用电占比,功率数据、报警数据等相关信息,可直观了解企业当前的整体情况,实现数据监视实时化、能源管控精细化、企业管理数字化、节能减排全局化。

    2.png


    5.2 数据监控

    5.2.1 电力监控

    对企业各用电回路的运行状态进行实时监测,快速定位报警点位,并根据报警等级实时触发APP、手机短信、邮件、钉钉、语音播报等多种方式的报警提醒,地确保整个能源供给、转换和消耗过程的安全、可靠和稳定。


    5.2.2 配电图

    展示变配电系统的电气主接线图,实现对全电量参数以及开关断路器状态的实时监视,如电压、电流、频率、功率、功率因数、三相不平衡度、谐波等参数。 

    5.2.3 定制大屏

    根据客户定制大屏展示界面,满足客户更直观,更美观,更加实用的需求。 

    5.3 能源管理

    5.3.1 能源中控

    从监测区域、车间、生产工艺、工序、工段、设备等维度,对各类能耗、单位产品能耗、成本和碳排放量进行对比分析,支持多个同级对象横向比对,帮助用户掌控整个工厂的能源消耗、能源成本、碳排放等情况。 

    5.3.2 能耗统计

    从能源使用种类、监测区域、车间、生产工艺、工序、工段、设备等维度,采用曲线、饼图、直方图、累积图、数字表等方式对企业用能统计、同比、环比分析,找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方,从而调整能源分配策略,减少能源使用过程中的浪费。 

    5.3.3 产品单耗

    与企业MES系统对接,通过产量以及系统采集的能耗数据,计算产品单耗,并进行同比和环比分析,以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺,从而降低能耗。 

    5.3.4 线路损耗

    根据设置的边界,通过查看能耗数据上下级的偏差,发现能耗异常。  

    5.分析报告

    5.5.1 运维报告

    以年、月、日对企业的异常情况、排名、发生频次、运维情况等进行全面的统计分析,让用户全面了解系统的运行情况,并为用户提供数据基础,方便用户快速发现设备异常,准确定位故障点,提高运维效率,支持导出成PDF文件及打印。 

    5.5.2 节能报告

    通过对接工厂生产系统,获取产量数据,结合系统采集到的能耗数据,得到不同产线的单耗数据。再比对不同产线设备生产情况(车速、产量),得到产线设备在多少转速情况,产量和能耗数据处于最优区间的结论。工厂以此做出相应的调整,有效降低产品的单耗。 

    6 系统应用价值

    6.1 企业收益

    企业能源管控平台为企业加强能源管理,提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支持。

    在线监测电能质量

    帮助企业在线监测电能质量,包括谐波含量、三相不平衡度、功率因数等,避免被罚款。

    用能安全

    监测设备运行工况,保证安全运行;预警电气火灾,预防安全事故;及时排除故障,保证正常生产;快速定位并干预切除隐患,保证能源供应安全。

    节省人力成本

    少人或者无人值守,减少人工统计工作量,降低人力成本。

    节能降费

    为企业工艺整改提供数据支持,结合节能改造的具体实施,实现了某条产线单耗下降8%,达到降低生产消耗,提高经济效益的目的。 

     持续增值

    实时了解耗能状况,接入电力需求侧管理平台,享受国家补贴,参与碳排放交易,助力碳达峰和碳中和。

    6.2 用户收益

    企业能源管控平台能满足企业各种用户的不同需求。

    对能源主管部门及人员(节能管理)

    帮助企业完善能源管理体系,贯彻能源专业化、精细化、扁平化管理思路,建立持续改进能效的能管模式和机制,提高能管水平,促进节能降耗。

    对各级用能部门及人员(能源使用部门)

    (1)实时监视能源消耗,及时发现问题,减少用能损失;

    (2)全面掌握能耗总量、能耗成本及能耗效率指标数据;

    (3)全面分析用能特点,为优化用能管理提供决策数据;

    对能源运维部门及人员(能源供给部门)

    (1)帮助建立数据采集网络监控运维,动态监视数据采集状态,确保数据采集正常运行,奠定数据基础。

    (2)实时监视能源系统运行状态,异常及时报警,保证生产用能安全,远程自动抄表,降低工作强度,提高工作效率。

    对能源统计人员及其他部门

    (1)自动生成各类外部单位所需报表,提高数据统计工作效率和准确率。

    (2)共享能耗数据,并与其他系统集成。

    7 产品特点

    7.1 导轨式三相电能表ADL400

    4.png 

    ●  有功精度:0.5S级,无功精度:2级,电压、电流精度:0.2级

    ●  电压规格:3×100V、 3×380V、3×57.7/100V、3×220/380V

    ●  电流规格:3×1(6)A,3×10(80)A

    ●  工作温度:-25℃~ 55℃

    ●  相对湿度:≤95℅(无凝露)

    ●  通讯:RS485接口,同时支持Modbus、DL/T645规约

    ●  功能:支持2~31次谐波电压电流、最大需量及发生时间、4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率上48月/90日历史冻结数据

    ●  外形尺寸:90*36*65 

    7.2 电能质量分析仪表APM810

    5.png

    ●  有功精度:0.5S级,无功精度:2级(目前标准最高),电压、电流精度:0.2级

    ●  电压规格:3×100V、 3×380V、3×57.7/100V、3×220/380V

    ●  电流规格:3×1(6)A(经互感器接入),3×10(80)A(直接接入)

    ●  工作温度:-25℃~ 55℃

    ●  相对湿度:≤95℅(无凝露)

    ●  通讯:最大支持2路独立485通讯,Modbus RTU规约/DL/T645-07规约可自适应,两路485可独立设置,亦可使用不同协议;波特率1200bps-19200bps可设,奇偶校验位可设

    ●  功能:支持1DI1DO;支持有功脉冲输出

    ●  外形尺寸:126*88*69,标准DIN35导轨安装

    7.3 智能远传水表

    6.png

    ●  可用电子直读式,具有高清晰液晶显示,直接读取和通信发送。该水表的特点包括:高灵敏度,始动流量小,计量精度高,具备误差自动修正功能;通讯方式:可通过MODBUS-RTU通讯接口进行通信,管理者可对水表各参数进行设置或修改,也可抄回表内的信息以便供管理部门进行统计、监测;断电后数据可保存10年以上;扩展功能:可根据需要扩展远程控制阀门开关功能;耐高温:可在120℃下长期工作,水解稳定;抗腐蚀:抗酸碱腐蚀性强不易被腐蚀,阻燃性能好,环保:水资源免遭二次污染

    ●  通信规约依照《CJ-T188-2004户用计量仪表数据传输技术条件》或者兼容《DL/T 645-2007》的规约

    7.4 电力物联网边缘计算网关

    7.png


    硬件

    技术参数

    指标

    电源

    电压

    AC 85 V ~265 V 、 DC 12 V ~36 V (订货时说明)

    装置功耗

    ≤10W

    处理器

    ARM32位Cortex-A7内核,528MHz

    板载存储内存

    256MB DDR3内存 256MB NAND Flash电子硬盘

    串行接口

    8路光耦隔离RS485 1路RS232(调试口)

    以太网接口

    2路10/100M自适应

    USB HOST

    1路USB2.0高速接口,支持热拔插及即插即用断点续传数据存储

    SD卡接口

    内置8GB SDCard 电子硬盘,支持热拔插及即插即用断点续传数据存储

    安全性

    工频耐压:通信端子和辅助电源之间AC 2kV 1min

    绝缘电阻:输入、输出端对机壳>100MΩ

    环境

        工作温度:-20℃~ 55℃        存储运输温度:-25℃~ 70℃

        相对湿度:≤95%( 25℃)      海拔高度:≤2500m

    电磁兼容检测

    GB/T17626.2-2006 静电放电抗扰度试验 4级

    GB/T17626.4-2008 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验4级

    GB/T17626.5-2008 浪涌(冲击)抗扰度试验4级

    GB/T17626.6-2008 射频场感应的传导骚扰抗扰度3级

    软件篇

    设备配置

    C/S架构ANetCM配置管理软件,开放式模板管理,纯文本或excel工程信息管理

    快速更新

    ANetOS提供1-3秒极速配置更新,3-7秒固件升级更新。

    如更新错误配置,防损算法在3-5秒内将设备自动恢复到更新前配置状态。

    如升级有问题固件,防损算法在5-10秒内将设备自动恢复到升级前状态。

    Console配置

    RS232串行命令行简约命令集配置管理

    网络通讯方式

    Socket方式,支持XML格式压缩上传,提供AES加密及MD5身份认证等安全需求

    数据采集周期

    秒 级自定义配置

    自动上传周期

    秒、分钟 级自定义配置,视上传协议而定

    协议支持

    除一般标准协议外,可支持对采集侧及上位机非标准协议的定制化开发

    与上位机对时

    实时保持与上位机同步对时

    断点续传

    实时检测,上传失败自动保存待传数据,支持外部存储介质的即插即用和空间扩容,网络恢复时待传数据自动上传

    历史库存储

    (断点续传)

    根据自动上传周期进行历史库存储,

    可自定义历史库数据保存天数,到期先进先出,

    存储空间自动防溢,近溢值先进先出

    协议支持

    GBT19582-2008(Modbus、ModbusTCP)、DL/T645-1997、DL/T645-2007、

    CJT188-2004、IEC60870-5(101、103、104)、DGJ08-2068-2012上海建筑能耗、DGJ32/TJ111-2010江苏建筑能耗、电力需求侧(需定制)、远程预付费、运维云平台、串-网透传等

    8 结语

    安科瑞企业能源管控平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式,对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理,监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况,通过数据分析、挖掘和趋势分析,帮助企业针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产品能源单耗、各工序能耗、重大能耗设备的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、用能预测、碳排分析,为企业调整负载、调整负荷率、削峰填谷、无功补偿、更新设备提供基础数据和支持,帮助企业加强能源管理、提高设备运行效率和能源利用效率、保证设备经济运行、挖掘节能潜力,成本低,回收期短,经济效益明显,不仅可以提高企业的核心竞争力,同时是保护环境和社会可持续发展的基础和源泉,积极响应国家对于节能降耗的政策。

      安科瑞企业能源管控平台为客户提供增值服务,包含:空压机节能改造方案;空调节能改造方案;锅炉节能改造方案;照明节能改造方案等。


    参考文献

    [1] 《2030年前碳达峰行动方案》

    [2] 《浙江省关于建立健全高耗能行业阶梯电价和单位产品超能耗限额标准惩罚性电价的实施意见(征求意见稿)》

    [3] 《工业企业能源管控中心建设指南》


    作者简介:

    周颖,女,本科  安科瑞电气股份有限公司,主要研究方向为智能电网供配电


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